Mikro-Superkapasitor Retakabel: Masa Depan Perangkat Kesehatan Wearable Berdaya Sendiri
Versi saat ini baterai dan superkapasitor yang memdayai perangkat pemantauan dan diagnostik kesehatan wearable dan retakabel memiliki banyak kekurangan termasuk kepadatan energi rendah dan retakabilitas terbatas.
Sebagai alternatif untuk baterai, mikro-superkapasitor adalah perangkat penyimpanan energi yang dapat melengkapi atau mengganti baterai lithium-ion di perangkat wearable. Mikro-superkapasitor memiliki jejak kecil, kepadatan daya tinggi, dan kemampuan untuk mengisi dan mengosongkan daya dengan cepat; namun, ketika difabriksikan untuk perangkat wearable, mikro-superkapasitor konvensional memiliki geometri bertumpuk "seperti sandwich" yang menampilkan fleksibilitas buruk, jarak difusi ion yang panjang, dan proses integrasi yang kompleks saat digabungkan dengan elektronik wearable.
Peneliti mengembangkan arsitektur perangkat alternatif dan proses integrasi untuk memperkaya penggunaan mikro-superkapasitor dalam perangkat wearable. Mereka menemukan bahwa menyusun sel mikro-superkapasitor dalam tata letak serpentine, island-bridge memungkinkan konfigurasi untuk meregang dan membengkok di jembatan, sambil mengurangi deformasi mikro-superkapasitor — pulau-pulau. Saat digabungkan, struktur menjadi apa yang disebut para peneliti sebagai array mikro-superkapasitor. Dengan menggunakan desain island-bridge saat menghubungkan sel, array mikro-superkapasitor menampilkan retakabilitas yang meningkat dan memungkinkan output tegangan yang dapat disesuaikan, sehingga sistem dapat diregangkan secara reversibel hingga 100%.
Dengan menggunakan lembaran nanosheet fosfor-kengkoma non-lapis, ultra-tipis, dan foam grafen terinduksi laser 3D — bahan nano berpori tinggi, self-heating — untuk membangun desain island-bridge sel, tim melihat peningkatan drastis dalam konduktivitas listrik dan jumlah ion terisi yang terserap. Ini membuktikan bahwa array mikro-superkapasitor ini dapat mengisi dan mengosongkan daya secara efisien dan menyimpan energi yang diperlukan untuk memdayai perangkat wearable.
Para peneliti juga mengintegrasikan sistem dengan nanogenerator triboelektrik — teknologi baru yang mengubah gerakan mekanik menjadi energi listrik. Kombinasi ini menciptakan sistem berdaya sendiri. Dengan modul pengisian daya nirkabel yang didasarkan pada nanogenerator triboelektrik, energi dapat dipanen berdasarkan gerakan seperti membengkokkan siku, bernafas, dan bicara.
Dengan menggabungkan sistem terintegrasi ini dengan sensor regangan berbasis grafen, array mikro-superkapasitor yang menyimpan energi — yang diisi oleh nanogenerator triboelektrik — dapat memdayai sensor.
